[发明专利]一种波达方向估计系统中的自适应冲击噪声消除方法

摘要

本发明涉及阵列信号处理领域。所要解决的技术问题是提供一种波达方向估计系统中的自适应冲击噪声消除方法，能利用修正经验模式分解及相应手段，无需任何先验信息，对含有冲击噪声的信号进行自适应的噪声消除。本发明对阵列天线各阵元获得的信号采用修正的经验模式分解进行处理，得到多个信号成分；对各个信号成分的统计特性进行判断，找出其中某一个或多个具有冲击噪声特性的成分；从原信号中剔除冲击噪声成分，将经过噪声抑制的信号输入波达方向估计模块进行处理。本发明对阵列天线的各个阵元所获得的信号进行噪声抑制预处理，使得波达方向估计技术可以在背景噪声为冲击噪声的环境中进行使用并保持较高的估计精度和稳定性。

主权项

1.一种波达方向估计系统中的自适应冲击噪声消除方法，其特征在于：所述方法，包括以下步骤：步骤一：对阵列天线各阵元获得的信号采用修正的经验模式分解进行处理，得到多个信号成分；设第i个阵元接收到的信号为s(t)，具体操作如下：步骤1.1找到信号s(t)的局域极值点；步骤1.2计算s(t)的局域均值s‾(t)=∫t-T2t+T2ω(τ-t)x(t)dτ∫t-T2t+T2ω(τ-t)dτ---(1)]]>其中ω(t)为窗函数，设为ω(t)＝0.42-0.5cos(2πt/T)+0.08cos(4πt/T)，0≤t≤T    (2)T为窗函数的宽度，由s(t)局域极值的间距确定，设极值点分别出现在时刻(t₁，t₂，…t_N)，取T=3NΣi=1N(ti+1-ti);]]>步骤1.3从信号s(t)中减去局域均值步骤1.4将步骤1.3得到的h(t)作为s(t)重复代入步骤1.1～步骤1.3进行计算；直到计算所得的h(t)符合以下标准：(1)整个数据段里，极值点的数量(包括极大值和极小值)和过零点的数量最多相差1；(2)局域均值约为0；称h(t)为一阶内秉模式，记为IMF₁；步骤1.5将得到的IMF₁从原信号s(t)减去就可以得到残余量r(t)：r(t)＝s(t)-h(t)；步骤1.6判断r(t)是否为趋势项；设r(t)的上、下包络曲线分别为e_max和e_min，通过e_max和e_min可以获得参考曲线δ(t)=|emax+emin|emax-emin---(3)]]>如果符合以下条件：(1)δ(t)＜θ₁的时刻的个数与整个信号时间长度之比不小于1-α；θ₁＝0.05，α＝0.05；(2)δ(t)＜θ₂；θ₂＝10θ₁；则认为r(t)为趋势项，分解操作结束；如果残余量r(t)并不符合上述条件，则将其视作一个新的信号并将其做如下替换，r(t)→s(t)，并重复以上的各个步骤来提取出其他的各阶IMF_i，(i＝1，2，…，N)；最终，原信号s(t)被分解为：s(t)=Σi=1NIMFi+r(t)---(4)]]>其中r(t)为残余量；步骤二：对各个信号成分的统计特性进行判断，找出其中某一个或多个具有冲击噪声特性的成分；对分解得到的各个子成分即各阶IMF是否具有冲击噪声特性，通过该子成分的信息熵H和峭度值K来进行判断：设一时间序列x_l，i＝1，2，…，N的概率分布p＝p_i，0≤p_i≤1，i＝1，2，…，N，其信息熵H可表示为：H=-Σi=1Npilnpi---(5)]]>作为噪声成分的信号应满足H＞3；信号的峭度值K可以通过其四阶累积量和二阶累积量进行估计：K=E[s(t)-μ]4σ4---(6)]]>其中μ和σ分别为s(t)的均值和标准差，E[·]表示期望计算；冲击噪声的峭度值应满足K＞10；如果对以一个IMF上述两类判据均达到要求，则认为该IMF具有冲击噪声特性；步骤三：从原信号s(t)减去冲击噪声成分；通过步骤二可以对原信号s(t)分解得到的N个IMF的性质进行判断，并将具有冲击噪声的成分去除，得到不含冲击噪声的信号s′(t)，s′(t)=s(t)-Σi∈MIMFi---(7)]]>其中M为表现冲击噪声特性的IMF的阶数的集合。